(57)【要約】【課題】  本発明は、残存容量推定の精度向上を図れる車両用バッテリの残存容量検出装置を提供することにある。【解決手段】  バッテリ１の端子電圧Ｖを検出する電圧検出器８と、バッテリ１の放電電流Ｉを検出する電流検出器７と、電圧検出器８及び電流検出器７によりクランキング前及びクランキング時に検出された端子電圧Ｖおよび放電電流Ｉからバッテリ１の内部抵抗Ｒを求め、同内部抵抗からバッテリ１の残存容量Ｑ１を求める第１残存容量推定手段Ａ１と、クランキング前のバッテリ１の端子電圧Ｖからバッテリ１の残存容量Ｑ２を求める第２残存容量推定手段Ａ２と、第１残存容量推定手段Ａ１により求めた値Ｑ１が所定の値Ｑα未満のときは値Ｑ１を、所定の値Ｑα以上のときは第２残存容量推定手段Ａ２により求めた値Ｑ２をバッテリ１の残存容量Ｑ３として検出する残存容量検出手段Ａ３とを有する。【選択図】図１
2005265642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの端子電圧を検出する電圧検出器と、
上記バッテリの放電電流を検出する電流検出器と、
上記電圧検出器及び上記電流検出器によりクランキング前及びクランキング時に検出されたバッテリの端子電圧および放電電流から上記バッテリの内部抵抗を求め、同内部抵抗に基づいて上記バッテリの残存容量を求める第１残存容量推定手段と、
上記電圧検出器により検出したクランキング前のバッテリの端子電圧に基づいて上記バッテリの残存容量を求める第２残存容量推定手段と、
上記第１残存容量推定手段により求めた値が所定の値未満のときは上記第１残存容量推定手段により求めた値を上記バッテリの残存容量として検出し、上記第１残存容量推定手段により求めた値が上記所定の値以上のときは第２残存容量推定手段により求めた値を上記バッテリの残存容量として検出する残存容量検出手段と、
を有することを特徴とする車両用バッテリの残存容量検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用バッテリの残存容量検出装置において、
上記バッテリの温度を検出する温度検出器を有し、
上記第１残存容量推定手段は上記温度検出手段により検出したバッテリ温度と上記内部抵抗とに基づいて上記バッテリの残存容量を求め、
上記第２残存容量推定手段は上記温度検出手段により検出したバッテリ温度と上記クランキング前のバッテリの端子電圧とに基づいて上記バッテリの残存容量を求めることを特徴とする車両用バッテリの残存容量検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車両用バッテリの残存容量検出装置において、
上記第１残存容量推定手段は、上記バッテリの内部抵抗に対応した残存容量を与えるマップを用いて上記バッテリの残存容量を求め、
上記第２残存容量推定手段は、上記クランキング前のバッテリの端子電圧に対応した残存容量を与えるマップを用いて上記バッテリの残存容量を求めることを特徴とする車両用バッテリの残存容量検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用バッテリの残存容量検出装置において、
上記バッテリの温度を検出する温度検出器を有し、
上記バッテリの内部抵抗に対応した残存容量を与えるマップと、上記クランキング前のバッテリの端子電圧に対応した残存容量を与えるマップとは、それぞれ上記バッテリの所定の温度範囲毎に設定されており、上記第１残存容量推定手段及び第２残存容量推定手段は、上記バッテリの温度に対応するマップを選択使用して上記バッテリの残存容量を求めることを特徴とする車両用バッテリの残存容量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されるバッテリの残存容量を適確に検出できる車両用バッテリの残存容量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両電源系の基幹部品であるバッテリの役割はー昔前のエンジン始動用から、ＥＣＵバックアップ電源としての役割、アイドリングストップでのエンジン停止状態での電気負荷駆動用など益々重要な位置付けになっている。  
そこで、たとえば、比重計方式の残存容量検出装置が採用されており、この場合、バッテリ比重と充電度合ＳＯＣ（＝残存容量／現劣化状態の満充電容量×１００｛％〕）が図８に示すようなリニア関係に有ることを利用している。なお、図８のＬ１、Ｌ２線は互に異なる容量のバッテリの特性を示す。
【０００３】
この残存容量検出装置では、バッテリの複数セルの一つにフロートとリードスイッチを用いた比重計タイプのセンサーを取り付け、適性比重以上、即ち、適性充電度合ＳＯＣ以上でオン信号を出力するようにしている。  
更に、特開昭５８−１２３４７９号（特許文献１）には、クランキング中におけるバッテリ端子間電圧およびバッテリ放電電流と、クランキング直前のバッテリ端子電圧および放電電流とからバッテリの内部抵抗を演算し、この内部抵抗に基づいてバッテリ残存容量を検出する技術が開示される。特開平０６−３３１７１５号（特許文献２）には、演算したバッテリの内部抵抗に基づいてバッテリ残存容量を求め、このバッテリ残存容量にバッテリ温度に応じた補正を加える技術が開示される。特開平０７−２６０９０４号（特許文献３）には、演算したバッテリの内部抵抗をパラメータとして、内部抵抗一残存容量マップを用いてバッテリ残存容量を求める技術が開示される。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−１２３４７９号公報
【特許文献２】特開平０６−３３１７１５号公報
【特許文献３】特開平０７−２６０９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、比重検知方式の残存容量検出装置は、リードＳＷ式のため、出力がＯＮ／ＯＦＦでリニアであり、残存容量の大小の値を知ることができない。  
更に、特許文献１乃至３のようにバッテリ内部抵抗を求めそれに相当する残存容量を演算するタイプでは内部抵抗のみ（温度補正するものあり）で残存容量を推定する方法であるので、検知誤差大となり易い。
【０００６】
そこで、本発明者は、内部抵抗と残存容量の相関をより明らかにするため、車両の運転パターンに応じて変動する内部抵抗相当の残存容量算出値と実勢値を測定して比較したところ、残存容量の低い領域（内部抵抗の比較的大きな領域）に対し残存容量の高い領域（内部抵抗の比較的小さい領域）での残存容量算出値と実勢値との間のずれが大きくなることが判明した。
【０００７】
このように、内部抵抗のみに基づく残存容量の推定では、その精度が低かった原因が、内部抵抗相当の残存容量算出値と実勢値のずれが残存容量の高い領域で大きくなるとの特性にあることに本発明者は着目し、本発明を導き出したものである。  
本発明は、上述のような実情に応えるために成されたものであり、残存容量推定の精度向上を図れる車両用バッテリの残存容量検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の請求項１に係る車両用バッテリの残存容量検出装置では、バッテリの端子電圧を検出する電圧検出器と、上記バッテリの放電電流を検出する電流検出器と、上記電圧検出器及び上記電流検出器によりクランキング前及びクランキング時に検出されたバッテリの端子電圧および放電電流から上記バッテリの内部抵抗を求め、同内部抵抗に基づいて上記バッテリの残存容量を求める第１残存容量推定手段と、上記電圧検出器により検出したクランキング前のバッテリの端子電圧に基づいて上記バッテリの残存容量を求める第２残存容量推定手段と、上記第１残存容量推定手段により求めた値が所定の値未満のときは上記第１残存容量推定手段により求めた値を上記バッテリの残存容量として検出し、上記第１残存容量推定手段により求めた値が上記所定の値以上のときは第２残存容量推定手段により求めた値を上記バッテリの残存容量として検出する残存容量検出手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
この発明の請求項２に係る車両用バッテリの残存容量検出装置では、請求項１に記載の車両用バッテリの残存容量検出装置において、上記バッテリの温度を検出する温度検出器を有し、上記第１残存容量推定手段は上記温度検出手段により検出したバッテリ温度と上記内部抵抗とに基づいて上記バッテリの残存容量を求め、上記第２残存容量推定手段は上記温度検出手段により検出したバッテリ温度と上記クランキング前のバッテリの端子電圧とに基づいて上記バッテリの残存容量を求めることを特徴とする。
【００１０】
この発明の請求項３に係る車両用バッテリの残存容量検出装置では、請求項１に記載の車両用バッテリの残存容量検出装置において、上記第１残存容量推定手段は、上記バッテリの内部抵抗に対応した残存容量を与えるマップを用いて上記バッテリの残存容量を求め、上記第２残存容量推定手段は、上記クランキング前のバッテリの端子電圧に対応した残存容量を与えるマップを用いて上記バッテリの残存容量を求めることを特徴とする。
【００１１】
この発明の請求項４に係る車両用バッテリの残存容量検出装置では、請求項３に記載の車両用バッテリの残存容量検出装置において、上記バッテリの温度を検出する温度検出器を有し、上記バッテリの内部抵抗に対応した残存容量を与えるマップと、上記クランキング前のバッテリの端子電圧に対応した残存容量を与えるマップとは、それぞれ上記バッテリの所定の温度範囲毎に設定されており、上記第１残存容量推定手段及び第２残存容量推定手段は、上記バッテリの温度に対応するマップを選択使用して上記バッテリの残存容量を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の請求項１によれば、第１残存容量推定手段が内部抵抗からバッテリの残存容量を推定し、第２残存容量推定手段がクランキング前のバッテリの端子電圧からバッテリの残存容量を推定し、残存容量検出手段により、第１残存容量推定手段により求めた値が所定の値未満のときに比較的信頼性のある第１残存容量推定手段による推定値を、第１残存容量推定手段により求めた値が所定の値以上のときは比較的信頼性のある第２残存容量推定手段による推定値を選択使用してバッテリの残存容量を検出するので、クランキング直後の残存容量を従来よりも正確に検知することができる。また、アイドリングストップスタートシステムを採用した車両はクランキングの頻度が比較的大きいため、本発明を利用するのに適している。
【００１３】
この発明の請求項２によれば、温度によるバラツキを反映することができ残存容量推定の精度向上を図れる。
【００１４】
この発明の請求項３によれば、データマップを選択使用することにより、制御の簡素化を図れる。
【００１５】
この発明の請求項４によれば、温度によるバラツキを反映することができ残存容量推定の精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態にかかる車両用バッテリの残存容量検出装置について説明する。図１は車両用バッテリの残存容量検出装置（以下バッテリの残存容量検出装置という）の全体構成を示し、図２はバッテリの残存容量検出装置の制御機能部のブロック図を示す。
【００１７】
バッテリの残存容量検出装置は不図示の車両に車載され互いに直列接続された１対のバッテリ１ａ及び１ｂと、高電位側のバッテリ１ｂのプラス端子２に給電線３を介し接続されるスタータ５および車載の電気負荷６と、給電線３に介装される電流検出器（以下電流センサという）７と、１対のバッテリ１のプラス端子の電圧値を検出する１対の電圧検出器８と、１対のバッテリ１の温度を検出する１対の温度センサー（以下サーモセンサという）９と、エンジンコントロールユニット（以下エンジンＥＣＵという）１２とを備える。
【００１８】
エンジンＥＣＵ１２は不図示の入出力回路に多数のポートを有し、その電源系の制御構成部材にのみ着目した場合、出力ポートには残存容量表示器１１が接続され、入力ポートには、電流センサ７、一対の電圧検出器８、１対のサーモセンサ９とが接続される。
【００１９】
ここで、残存容量表示器１１は残存容量の値の大きさを連続的に表示できるレベルゲージでよく、ここでは液晶表示器が採用される。  
各電流センサ７はスタータ５および車載の電気負荷側へ放電される放電電流を検出し電流値をエンジンＥＣＵ１２に入力する。  
各電圧検出器８は各バッテリ１のプラス端子の電圧値を所定検出時期に応じて検出し、電圧値ＶをエンジンＥＣＵ１２に入力する。
【００２０】
各サーモセンサ９は各バッテリ１の内部の電解液の温度を直接検出し、バッテリ温度ＴｂをエンジンＥＣＵ１２に入力する。  
本実施形態においては、バッテリ１ａとバッテリ１ｂのそれぞれについて同様の手段を用いてその残存容量を検出する。以下、バッテリ１ａについてのみ説明する。  
図２に示すように、エンジンＥＣＵ１２はその電源系の制御機能のみに着目すると、第１残存容量推定手段Ａ１、第２残存容量推定手段Ａ２、残存容量検出手段Ａ３、表示手段Ａ４としての制御機能を有する。
【００２１】
第１残存容量推定手段Ａ１は電圧検出器８及び電流センサ７によりクランキング前及びクランキング時に検出されたバッテリ１ａの端子電圧Ｖ１、Ｖ２および放電電流Ｉ１、Ｉ２からバッテリ１ａの内部抵抗Ｒ｛＝｜（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｉ１−Ｉ２）｜｝を求め、同内部抵抗Ｒ及びバッテリ温度Ｔｂに基づいてバッテリ１ａの残存容量Ｑ１（Ａｈ）（図２参照）を求める（バッテリ１ｂ側も同様に処理）。ここでは、図３（ｂ）に示すように、残存容量Ｑと内部抵抗Ｒの相関が予め求められ、Ｒ−Ｑデータマップ（実線）として用いられる。ここで、バッテリ温度Ｔｂに応じてこの相関が変動することが判明しているが、制御の簡素化を図る上で、例えば、バッテリ温度２５℃のＲ−Ｑデータマップ（図３（ｂ）に実線で示す）を一律に用いることも可能である。なお、図３（ａ）に明らかなように、バッテリ劣化度合ＳＯＨ（＝現劣化状態の満充電容量／初期満充電容量×１００［％〕））の相違による残存容量Ｑと内部抵抗Ｒの相関のバラツキは少ないことが本発明者により確認されている。
【００２２】
第２残存容量推定手段Ａ２は電圧検出器８により検出したクランキング前のバッテリ１のオープン電圧（端子電圧）Ｖからバッテリ１の残存容量Ｑ２（Ａｈ）（図２参照）を求める。ここでは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、オープン電圧Ｖと残存容量Ｑとの相関が予め求められ、Ｖ−Ｑデータマップとして用いられる。ここで、これらの相関は劣化度合いＳＯＨに応じて図４（ａ）に示すように、相関性にバラツキがあることは本発明者により確認されているが、ここでは劣化度合いＳＯＨが１００％のＶ−Ｑデータマップを一律に用いることとする。なお、図４（ｂ）に示すようにバッテリ温度Ｔｂに応じて特性が異なることが判明しているが、制御の簡素化を図る上で、例えばバッテリ温度２５℃のＶ−Ｑデータマップ（図４（ｂ）の実線ｍ２参照）を一律に用いることも可能である。
【００２３】
残存容量検出手段Ａ３は第１残存容量推定手段Ａ１により求めた値（残存容量Ｑ１（Ａｈ））が所定の値Ｑα（例えば、図３（ａ）の１２（Ａｈ））未満のときは第１残存容量推定手段Ａ１により求めた値Ｑ１（Ａｈ）をバッテリ１の残存容量Ｑ３（Ａｈ）として検出し、第１残存容量推定手段Ａ１により求めた値（残存容量Ｑ１（Ａｈ））が所定の値Ｑα以上のときは第２残存容量推定手段Ａ２により求めた値Ｑ２（Ａｈ）をバッテリ１の残存容量Ｑ３（Ａｈ）として検出する。
【００２４】
表示手段Ａ４は残存容量検出手段Ａ３からのバッテリ１の残存容量Ｑ３（Ａｈ）を入力され、残存容量表示器１１に残存容量Ｑ３相当の表示駆動信号を出力する。これにより残存容量表示器１１が残存容量Ｑ３（Ａｈ）の大きさを液晶表示器１１に表示する。  
本発明の一実施形態にかかるバッテリの残存容量検出装置は、上述のように構成されているので、図５乃至図７（ｂ）に示すフローチャートに基づいてその作動を説明すると以下のようになる。
【００２５】
まず、不図示のエンジンキースイッチがオンされるのを検出するとステップｓ１よりステップｓ２に進み、各センサからの電圧Ｖ１、電流Ｉ１、バッテリ温度Ｔｂ等のデータの取り込みを行う。次に、ステップｓ３の第２残存容量推定処理に進む。  
ステップｓ３の第２残存容量推定処理では、図６（ｂ）に示すように、ステップｂ１で今回のバッテリ温度Ｔｂに対応するＶ−Ｑデータマップを選択する。次いでステップｂ２では選択したＶ−Ｑデータマップに沿ってオープン電圧Ｖからバッテリ１の残存容量Ｑ２を推定し、メインルーチンにリターンする。
【００２６】
メインルーチンのステップｓ４に達すると、エンジン始動信号の有無を判断する。ここでは不図示のイグニションスイッチがオンのとき、エンジン始動信号有りと判断する。エンジン始動信号有り（すなわち、エンジンクランキング時）ではＹｅｓでステップｓ５に進む。エンジン始動信号無し（すなわち、エンジンクランキング前）ではＮｏでステップｓ９に進み、キースイッチオフとなるまではステップｓ４に戻る。
【００２７】
エンジン始動信号有りでステップｓ５に達すると、ここでは始動直後（クランキング時）の電圧Ｖ２、電流Ｉ２のデータの取り込みを行い、ＥＣＵ１２の所定記憶エリアにストアし、ステップｓ６に進む。  
ステップｓ６の第１残存容量推定処理では図７（ａ）に示すように、ステップｃ１で電圧検出器８及び電流センサ７によりクランキング前及びクランキング時に検出されたバッテリ１の端子電圧Ｖ１、Ｖ２および放電電流Ｉ１、Ｉ２を取り込み、これらの各値に基づき、バッテリ１の内部抵抗Ｒ｛＝｜（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｉ１−Ｉ２）｜｝を演算する。ステップｃ２では、今回のバッテリ温度Ｔｂに対応するＲ−Ｑデータマップを選択する。次いでステップｃ３では選択したＲ−Ｑデータマップに沿って内部抵抗Ｒからバッテリ１の残存容量Ｑ１を推定し、メインルーチンにリターンする。
【００２８】
メインルーチンのステップｓ７の残存容量検出処理においては、図７（ｂ）に示すように、ステップｄ１で第１残存容量推定手段Ａ１により求めた値（残存容量Ｑ１（Ａｈ））が所定の値Ｑα（例えば、図３（ａ）の１２（Ａｈ）参照）未満か否か判断し、未満ではステップｄ２に、上回るとステップｄ３に進む。ステップｄ２に達すると、ここでは第１残存容量推定手段Ａ１により求めた残存容量Ｑ１をバッテリ１の残存容量Ｑ３（Ａｈ）として設定し、ステップｄ３に達すると、ここでは第２残存容量推定手段Ａ２により求めた残存容量Ｑ２をバッテリ１の残存容量Ｑ３（Ａｈ）として設定し、それぞれメインルーチンに戻る。
【００２９】
メインルーチンのステップｓ８の残存容量表示処理を行い、この回の制御を終了する。
ここで、図６（ａ）の残存容量表示処理ではステップａ１で最新のバッテリの残存容量Ｑ３を読取り、これを液晶表示器１１に所定時間（例えば３秒）表示し、今回の制御を終了し、リターンする。
【００３０】
このように、バッテリの内部抵抗相当の残存容量算出値と実勢値のずれが残存容量の高い領域（内部抵抗の低い領域）で大きくなるとの特性に配慮し、本実施形態では残存容量Ｑ１（Ａｈ）が所定の値Ｑα未満のときに比較的信頼性のある第１残存容量推定手段Ａ１による内部抵抗Ｒからバッテリの残存容量Ｑ１（推定値）を、残存容量Ｑ１（Ａｈ）が所定の値Ｑα以上のときは比較的信頼性のある第２残存容量推定手段Ａ２によるオープン電圧（端子電圧）Ｖに応じた残存容量Ｑ２（推定値）を選択使用してバッテリの残存容量Ｑ３（Ａｈ）を検出できるので、残存容量推定の精度向上を図れる。このため、バッテリ１の残存容量を正確に把握できバッテリあがりを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
上述のところにおいて、車両用バッテリの残存容量検出装置はバッテリの残存容量を表示器によりユーザーに示す車両に搭載されるものとしたが、これ以外に、バッテリの残存容量を元にしたＥＣＵ制御を行う車両にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる車両用バッテリの残存容量検出装置の全体概略構成図である。
【図２】図１の残存容量検出装置のエンジンＥＣＵの機能構成を示すブロック図である。
【図３】図１の残存容量検出装置のエンジンＥＣＵが用いる残存容量値データマップで、（ａ）はＳＯＨを考慮したＱ−Ｒ特性線図、（ｂ）はバッテリ温度を考慮したＱ−Ｒ特性線図である。
【図４】図１の残存容量検出装置のエンジンＥＣＵが用いる残存容量値Ｑ２データマップで、（ａ）はＳＯＨを考慮したＱ−Ｖ特性線図、（ｂ）はバッテリ温度を考慮したＱ−Ｖ特性線図である。
【図５】図１の残存容量検出装置のエンジンＥＣＵが行うメインルーチンのフローチャートである。
【図６】図１の残存容量検出装置のエンジンＥＣＵが行う制御処理のサブルーチンのフローチャートで、（ａ）は残存容量表示処理、（ｂ）は第２残存容量推定処理のフローチャートである。
【図７】図１の残存容量検出装置のエンジンＥＣＵが行う制御処理のサブルーチンのフローチャートで、（ａ）は第１残存容量推定、（ｂ）は残存容量検出処理のフローチャートである。
【図８】バッテリの比重―ＳＯＣ特性線図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    バッテリ
７    電流検出器
８    電圧検出器
１１    表示器
Ａ１    第１残存容量推定手段
Ａ２    第２残存容量推定手段
Ａ３    残存容量検出手段
Ａ４    表示手段
Ｉ    放電電流
Ｖ    端子電圧
Ｑα    所定の値
Ｑ１    残存容量（第１残存容量推定手段による）
Ｑ２    残存容量（第２残存容量推定手段による）
Ｑ３    バッテリの残存容量
Ｒ    内部抵抗
【図１】
2005265642.tif 000003
【図２】
2005265642.tif 000004
【図３】
2005265642.tif 000005
【図４】
2005265642.tif 000006
【図５】
2005265642.tif 000007
【図６】
2005265642.tif 000008
【図７】
2005265642.tif 000009
【図８】
2005265642.tif 000010